Nimmt die Wellenlänge in einem Medium immer ab?

Ich habe ein GRE-Physiktestproblem untersucht , bei dem optisches Licht mit einer Wellenlänge von 500 nm durch ein Gas mit Brechungsindex wandert N .

Betrachten wir die Gleichungen für Wellenbewegung und Brechungsindex

C = λ 0 v (im Vakuum)

v = λ v (mittel)

N = C / v

Wir sehen, dass bei konstanter Frequenz die Wellenlänge im Medium im Vergleich zum Vakuum abnimmt . Ist dies eine konsistente Eigenschaft bei allen Frequenzen und für alle Medien mit einem reellen Brechungsindex und größer als 1?

Gibt es Dielektrika, die die Frequenz verändern (noch für n> 1), und gibt es dafür ein Beispiel?

Ich weiß, die Antwort ist ja (per Definition trivial), ich denke, ich suche nach mikroskopischen Einblicken - es scheint, als würden verschiedene Materialien unterschiedliche Dinge mit der Wellenlänge tun - aber ich denke, es ist nur ein Faktor, wie stark sie schrumpfen Es
Welche Erkenntnis suchst du? Dass die Geschwindigkeit gesenkt wird, sollte völlig offensichtlich sein. Wollen Sie also wissen, wie die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenlänge entspricht? Oder wollen Sie verstehen, warum die Geschwindigkeit mikroskopisch verringert wird (das hat damit zu tun, dass Photonen mit Materie wechselwirken und dadurch langsamer werden)?
Ich glaube, ich verstehe, dass dies trivialerweise wahr ist, ich interessiere mich im Grunde für verschiedene mikroskopische Beispiele: z Entschuldigung, wenn dies eine zu allgemeine Frage ist und auch daran interessiert ist, welche Dielektrika die Frequenz einer Lichtwelle ändern würden und wie das funktionieren würde
Nun, es gibt viele mögliche Effekte, aber jede Berechnung läuft schließlich auf eine komplexe Zahl hinaus, die Ihnen sagt, wie lange das Photon an einem bestimmten Atom (oder Molekül oder Gitter oder was auch immer) verbringt und wie stark es gestreut wird. Dieser Realteil hängt also mit dem Brechungsindex zusammen und ist komplex mit der Dämpfung des Signals. Um das vollständige Bild zu erhalten, integriert man dann über alle Photonen und alle Streustellen im Material.

Antworten (3)

Der Brechungsindex eines Materials kann bei hoher Frequenz kleiner als 1 sein, dies wird als "anomale Dispersion" bezeichnet und tritt auf, wenn Sie ein Energieniveau bestimmter Materialien überschreiten. Das bedeutet, dass die Phasengeschwindigkeit von Licht einer bestimmten Frequenz größer als c ist.

Wenn der Brechungsindex konstant ist, wie es bei langen Wellenlängen der Fall ist, muss n größer als 1 sein, um eine superlumimale Kommunikation zu vermeiden.

Das Prinzip der Energieeinsparung in einer statischen Umgebung verbietet eine Frequenzverschiebung für ein Photon, da dies Energie hinzufügen oder Energie wegnehmen würde, und nichts im Medium ändert sich mit der richtigen Frequenz, um dies zu tun. Aber Licht, das in ein sich bewegendes Medium eintritt, verschiebt die Frequenz. Photonen können sich kombinieren, um in einem starken Lichtstrahl in einem nichtlinearen Medium eine doppelt so hohe Frequenz zu erzeugen, und dies entspricht der Erzeugung höherer Harmonischer des klassischen Feldes.

Was Ihre zweite Frage betrifft, Dielektrika, die die Frequenz ändern, muss jedes Medium, das die Frequenz ändert, ein nichtlineares Medium sein. Es gibt viele von ihnen. Sie ändern die Frequenz nicht kontinuierlich, sondern erzeugen Oberschwingungen höherer Ordnung, ein ganzzahliges Vielfaches der ursprünglichen Frequenz.

Die Antwort auf Ihre erste Frage

Ist dies eine konsistente Eigenschaft bei allen Frequenzen und für alle Medien mit einem reellen Brechungsindex und größer als 1?

ist ja.

Nicht nur in der Optik, sondern auch in anderer Wellenmechanik.

Lichtbrechung ist das am häufigsten beobachtete Phänomen, aber jede Art von Welle kann gebrochen werden, wenn sie mit einem Medium interagiert, zum Beispiel wenn Schallwellen von einem Medium in ein anderes übergehen oder wenn Wasserwellen in Wasser einer anderen Tiefe gelangen

Nimmt die Wellenlänge in einem Medium immer ab?
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